電子秤在日用超市和零售行業(yè)運用較為普遍,具有簡單便攜的承重、計價和顯示功能,屬于電子衡器的概念范疇.本文重點討論了電子秤的工作原理和設(shè)計流程,包括對其中所運用的計算機技術(shù)、電子信息技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)進行系統(tǒng)理論說明.

稱重器具自古以來就是與社會生活息息相關(guān)的實用性工具，從廣為熟知的杠桿秤砣到如今的智能電子秤，無論是測量精度還是人工操作上，都有了極大的優(yōu)化，這其中離不開計算機技術(shù)、電子信息技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，同時也是科技改變生活的集中體現(xiàn)。

1 .電子秤的基礎(chǔ)理論概述

電子秤的研究設(shè)計及應(yīng)用基于電子衡器理論誕生之后，我國的電子衡器的起源要追溯到20世紀50年代，當時主要采用的電子信息組件是稱重傳感器，在工業(yè)逐漸興起的時代契機下，各行各業(yè)都希望讓原本機械化的衡器操作逐漸向自動化方向發(fā)展，以節(jié)省大量的人工成本，隨后電子衡器在實際交易過程中逐漸被精化細化，在設(shè)計過程中加入電子傳感器、單片機、轉(zhuǎn)換器、信息處理芯片等現(xiàn)代電子信息理論的內(nèi)容，直至現(xiàn)在市場上功能全面的電子秤的出現(xiàn)。

電子秤在結(jié)構(gòu)組成上主要分為三部分，其一是承重、傳力復位系統(tǒng)；其二是稱重傳感器；其三是測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置。通俗來講，承重、傳力復位系統(tǒng)就是電子秤外觀上秤盤的部分，其主要功能是聯(lián)合轉(zhuǎn)換元件，對被稱物體進行重力傳輸，具體配置有承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機構(gòu)等。稱重傳感器也是一種轉(zhuǎn)換元件，但是它是將非電量轉(zhuǎn)換成電量的過程，其中非電量就是秤盤上物體的重量，一般通過磁彈性效應(yīng)或壓電、壓阻效應(yīng)產(chǎn)生信號，送往下一部位進行處理。最后的測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置就是處理上一部位傳送過來的信號的中樞機構(gòu)，往往是以電子線路的形式組成，利用的技術(shù)是微電子信息處理技術(shù)，進行前置放大、過濾、運算、變換、計數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動顯示等功能。當然，如今的電子秤越來越智能化，出現(xiàn)了去皮承重、金額累計和超限報警等功能，但其實質(zhì)上只是在原來基礎(chǔ)機構(gòu)上增加了更為復雜的電子處理器后的效果。

2 .電子秤的工作原理分析

從上述對電子秤基本理論的概述中，其實不難分析出其工作原理，電子秤在電子信息設(shè)備中，也是屬于工作原理較為簡單的一種。我們通常在電子秤上放入被稱物體，被稱物體因為自身重力產(chǎn)生秤盤所受的壓力，而秤盤及其周邊部件實際就是一個承重、傳力復位系統(tǒng)，可以將壓力以儀表測量的方式轉(zhuǎn)換成電壓信號，其基本原理是壓電、壓阻效應(yīng)，隨后就是通過前端信號處理電路進行準確的線性放大，信號放大的主要作用就是減少誤差，被放大的電壓信號會經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路,這個電路的主要作用是將非電量信號轉(zhuǎn)換成電量信號，最后經(jīng)過整個電子系統(tǒng)的主控部件——單片機，單片機是具備數(shù)據(jù)處理和運算的獨立單元，可以將接收的信息編譯成驅(qū)動程序的代碼，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、超限報警和自動計價等諸多功能，這就是具有普適性的市場上電子秤內(nèi)部工作原理。

3 .電子秤的設(shè)計流程簡介

電子秤的設(shè)計流程細致地劃分有五步，第一步是總體方案的提出和設(shè)定，第二部是硬件選型，第三步是硬件設(shè)計，第四步是軟件設(shè)計，最后一步是系統(tǒng)調(diào)試。

總體方案的設(shè)定過程中，需要對所設(shè)計的產(chǎn)品進行清晰的功能定位，然后繪制系統(tǒng)工作的流程圖，一般同樣的功能有多種設(shè)計方法，最后根據(jù)可行性判斷來確定最適合的方案。筆者通過閱讀多種電子秤的設(shè)計方案，發(fā)現(xiàn)存在一定的共性，那就是所有方案中基本都會有數(shù)據(jù)采集、單片機和數(shù)碼顯示這三部分。當然，在此基礎(chǔ)上，部分方案中添加鍵盤輸入的設(shè)計，用來實現(xiàn)電子秤的計價功能，還有的方案中添加LCD顯示、鍵盤控制和超限報警等，也是為了實現(xiàn)不同的功能。筆者認為，好的方案設(shè)計不在于功能多強大，而在于實際生產(chǎn)的低成本、實際操作的簡便性和實際應(yīng)用的人性化，這樣生產(chǎn)出來的產(chǎn)品才會有用武之地，以至可以得到很好的推廣效果。

硬件選型是緊跟著方案設(shè)定的第二步，電子秤的主要硬件是單片機、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器等，這些硬件的選擇一定要符合方案設(shè)定的要求，同時也要符合實際應(yīng)用的需要。比如單片機，相當于電子秤的“大腦”，在選型上需重視不同型號對計算機技術(shù)和測量控制技術(shù)有機結(jié)合的難易程度，再比如傳感器，常見的選擇是電阻應(yīng)變式，原因是其成本比較低，具有很高的精度和很好的穩(wěn)定性，現(xiàn)有的工藝條件也能滿足，其他硬件的選擇也是類似這個道理。

硬件設(shè)計是在硬件選型完成的基礎(chǔ)上，對硬件與電路進行搭建的過程。比如用典型的橋式電路搭配稱重傳感器，來實現(xiàn)重力信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的過程，接著在單片機之前搭配 A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進入單片機控制電路。當然，還有其他的鍵盤電路和顯示電路等。

電子秤的軟件設(shè)計是利用C語言代碼使整個系統(tǒng)進行模塊化運作的過程，具體的代碼較為復雜，且不同電子秤代碼都不一樣。我們姑且從設(shè)計思路上進行簡要介紹，首先是通電啟動，系統(tǒng)進行初始化，接著放入被稱物品，如果有重量感應(yīng)即進行下一步，反之繼續(xù)初始化，具有重量感應(yīng)的下一步是顯示重量，接著通過人工鍵盤輸入單價，隨后自動進行內(nèi)部運算，顯示最后的總價。

最后的系統(tǒng)調(diào)試階段，是總結(jié)反饋和查漏補缺的過程，因為電子秤的原理和設(shè)計過程相對簡單，所以一般在系統(tǒng)調(diào)試的時候，發(fā)生程序錯誤的概率較小，往往設(shè)計者只是對外觀和反應(yīng)速度進行觀察，當然，如果發(fā)生程序錯誤，還是得仔細分析原因，尋求改正。

4 .結(jié)語

目前，電子秤逐漸從市場交易工具向家居用品行業(yè)發(fā)展，比如很多減肥者經(jīng)常使用的微型體重秤，其實質(zhì)上是電子秤在量程、外觀和智能化方向上的改進，這也是電子科技高速發(fā)展的體現(xiàn)，同時也預示著電子秤技術(shù)的應(yīng)用范圍是開放的，有很多研究創(chuàng)新的潛力，值得廣大專業(yè)人士踴躍嘗試。